Файловые операции над массивами и структурами

Введение
В настоящее время на одном диске в среднем записывается несколько
десятков тысяч файлов. Как разобраться во всем этом многообразии с тем,
чтобы точно адресоваться к файлу? Назначение файловой системы –
эффективное решение, указанной задачи.
Файловая система с точки зрения пользователя — это «пространство»,
в котором размещаются файлы. А как научный термин - это способ хранения
и организации доступа к данным на информационном носителе или его
разделе. Наличие файловой системы позволяет определить, как называется
файл, где он находится. Поскольку на IBM PC – совместимых компьютерах
информация храниться в основном на дисках, то применяемые на них
файловые системы определяют организацию данных именно на дисках
(точнее, на логических дисках). Мы рассмотрим четыре файловые системы –
FAT, FAT 32, HPFS, NTFS.
Информация на внешних носителях хранится в виде файлов. Работа с
файлами является очень важным видом работы на компьютере. В файлах
хранится все: и программное обеспечение, и информация, необходимая для
пользователя. С файлами, как с деловыми бумагами, постоянно приходится
что-то делать: переписывать их с одного носителя на другой, уничтожать
ненужные, создавать новые, разыскивать, переименовывать, раскладывать в
том или другом порядке и пр.
Файл - это информация, хранящаяся на внешнем носителе и
объединенная общим именем.
Для прояснения смысла этого понятия удобно воспользоваться
следующей аналогией: сам носитель информации (диск) подобен книге. Мы
говорили о том, что книга - это внешняя память человека, а магнитный диск -
внешняя память компьютера. Книга состоит из глав (рассказов, разделов),
каждый из которых имеет название. Также и файлы имеют свои названия. Их
называют именами файлов. В начале или в конце книги обычно присутствует
оглавление - список названий глав. На диске тоже есть такой список-каталог,
содержащий имена хранимых файлов.
Каталог можно вывести на экран, чтобы узнать, есть ли на данном
диске нужный файл.
В каждом файле хранится отдельный информационный объект:
документ, статья, числовой массив, программа и пр. Заключенная в файле
информация становится активной, т. е. может быть обработана компьютером,
только после того, как она будет загружена в оперативную память.
Любому пользователю, работающему на компьютере, приходится
иметь дело с файлами. Даже для того, чтобы поиграть в компьютерную игру,
нужно узнать, в каком файле хранится ее программа, суметь отыскать этот
файл и инициализировать работу программы.
Работа с файлами на компьютере производится с помощью файловой
системы. Файловая система - это функциональная часть ОС, обеспечивающая
выполнение операций над файлами.

1. Что такое файловая система
На дисках записывается в секторах фиксированной длины, и каждый
сектор и расположение каждой физической записи (сектора) на диске
однозначно определяется тремя числами: номерами поверхности диска,
цилиндра и сектора на дорожке. И контроллер диска работает с диском
именно в этих терминах. А пользователь желает использовать не сектора,
цилиндры и поверхности, а файлы и каталоги. Поэтому кто-то (операционная
система или другая программа) должен при операциях с файлами и
каталогами на дисках перевести это в понятные контроллеру действия:
чтение и запись определенных секторов диска. А для этого необходимо
установить правила, по которым выполняется этот перевод, то есть, прежде
всего, определить, как должна храниться и организовываться информация на
дисках. Набор этих правил и называется файловой системой.
1.1 Определение файловой системы
Файловая система – это набор соглашений, определяющих
организацию данных на носителях информации. Наличие этих соглашений
позволяет операционной системе, другим программам и пользователям
работать с файлами и каталогами, а не просто с участками (секторами)
дисков.
Файловая система определяет:
- как хранятся файлы и каталоги на диске;
- какие сведения хранятся о файлах и каталогах;
- как можно узнать, какие участки диска свободны, а какие – нет;
- формат каталогов и другой служебной информации на диске.
Для использования дисков, записанных (размеченных) с помощью
некоторой файловой системы, операционная система или специальная
программа должна поддерживать эту файловую систему.
Распространенные файловые системы
Поскольку на IBM PC – совместимых компьютерах информация
храниться в основном на дисках, то применяемые на них файловые системы
определяют организацию данных именно на дисках (точнее, на логических
дисках). Мы рассмотрим четыре файловые системы – FAT, FAT 32, HPFS,
NTFS.
1.2 Обзор файловой системы FAT
FAT является наиболее простой из поддерживаемых Windows NT
файловых систем. Основой файловой системы FAT является таблица
размещения файлов, которая помещена в самом начале тома. На случай
повреждения на диске хранятся две копии этой таблицы. Кроме того, таблица
размещения файлов и корневой каталог должны храниться в определенном
месте на диске (для правильного определения места расположения файлов
загрузки).
Диск, отформатированный в файловой системе FAT, делится на
кластеры, размер которых зависит от размера тома. Одновременно с
созданием файла в каталоге создается запись и устанавливается номер
первого кластера, содержащего данные. Такая запись в таблице размещения
файлов сигнализирует о том, что это последний кластер файла, или указывает
на следующий кластер.
Обновление таблицы размещения файлов имеет большое значение и
требует много времени. Если таблица размещения файлов не обновляется
регулярно, это может привести к потере данных. Длительность операции
объясняется необходимостью перемещения читающих головок к логической
нулевой дорожке диска при каждом обновлении таблицы FAT.
Каталог FAT не имеет определенной структуры, и файлы записываются
в первом обнаруженном свободном месте на диске. Кроме того, файловая
система FAT поддерживает только четыре файловых атрибута:
«Системный», «Скрытый», «Только чтение» и «Архивный».